Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
- 7 -
Лекция №3 19.02.09
Зав. Кафедры 402 профессор Мазепа Роман Богданович
Системы и сети связи.
(Телекоммуникационные системы и сети).
Данная схема на самом деле не работоспособна.
Потому что для того чтобы процесс передачи информации реализовать, необходимо, чтобы была различимость первичных сигналов или сигналов, с помощью которых транспортируется информационный параметр.
Уже на этом этапе должна быть какая-то адресность. В качестве такой адресности в первом приближении используют гармонические сигналы различных частот.
Эти сигналы называются несущими. Простейший несущий сигнал – гармонический.
Схему передачи информации необходимо несколько усложнить:
– радиосигнал, модулированный несущий сигнал.
Селективность обеспечивается за счёт того, что ДН знает характеристики несущего сигнала и настраивается на них – позволяет выбрать из всего множества сигналов в ЭМП тот, который нужен соответствующему потребителю.
Первый этап адресации источников обеспечивают модуляция, демодуляция.
В принципе в качестве несущего сигнала могут использовать не только гармонические сигналы.
Если реализовать схему, то всё будет работать, но не очень хорошо. Потому что с выхода модулятора мы получаем достаточно слабый энергетически (небольшой мощности) сигнал. Либо надо создавать мощный ГН, либо мощный МН, но при этом КПД будет весьма низок. Нужно как-то улучшить процедуру передачи информации, эффективность.
Первый этап этого процесса состоит в том, чтобы улучшить энергоотдачу от МН э/м-му полю.
Наиболее высокая эффективность энергоотдачи получается в том случае, если система, отдающая энергию, и система, получающая энергию, используют резонанс. Поэтому осуществление процесса модуляции позволяет нам использовать в качестве элемента передачи энергии э/м-му полю резонансный контур антенны. При этом должны соответствовать резонансная частота антенны и частота несущего сигнала.
Значения первичного сигнала не могут быть только положительными. Эти значения могут быть как положительными, так и отрицательными, в зависимости от характера того параметра, который является информационным.
Энергетический спектр:
Энергетический спектр радиосигнала:
Использование модуляции несущего сигнала за счёт резонанса позволяет обеспечить более высокую энергоотдачу от МН к ЭМП. Соответственно изменяется схема:
Использование модуляции позволяет не только обеспечить селективность, адресность передачи информации, но ещё и обеспечивает увеличение КПД процесса передачи информации за счёт увеличения энергоотдачи с использованием резонансных свойств антенны.
0ч 21м 48с
Шумы и помехи процессов передачи информации
Шумы и помехи, которые действуют в ЭМП, имеют неравномерный спектр, т.е. в разных полосах частот, в зависимости от типа процесса передачи информации, интенсивность, мощность шумов и помех является различной.
Все шумы и помехи разделяют на два больших класса:
Даже в самое мирное время ведётся информационная война.
Два аспекты информационной войны:
Существуют различные способы создания преднамеренных организованных помех. Их специфика заключается в том, что эти помехи стараются делать целенаправленными, т.е. пытаются имитировать те сигналы, которые используются в системах передачи информации соперника, потому что, если достаточно хорошо сымитировать сигнал, то тогда энергетические затраты на создание мешающих воздействий будут наименьшими – это интенсивные помехи.
Особенность состоит в том, что они не просто ухудшают точность передачи информационных параметров, а нарушают функционирование в целом процесса передачи информации (разрушают его).
а) помехи естественного происхождения
б) помехи космического происхождения
в) тепловые шумы самих электронных устройств (приёмной антенны, входных каскадов приёмника/УВЧ/)
г) тепловые шумы Земли
д) помехи производственного происхождения (электрогенераторы, электродвигатели, т.п.)
0ч 32м 45с
Создаются радиоэлектронными средствами, работающими в близлежащих диапазонах частот.
Выбирая частоту несущего сигнала, надо учитывать этот фактор – выбирать её в той полосе частот, где интенсивность помех для данной категории процесса передачи информации минимальна.
Т.о. выбор частоты несущего сигнала позволяет нам повысить помехоустойчивость процесса передачи информации за счёт уменьшения интенсивности помех. Это третий полезный фактор процесса модуляции (первый – селективный, второй – использование резонанса).
Какие виды модуляции существуют?
Амплитудная, частотная, фазовая.
В чём их отличие?
Помехоустойчивость. Лучшая – фазовая, затем частотная и амплитудная.
Платой за помехоустойчивость является ширина спектра. Ширина спектра ФМ сигнала самая большая. При АМ самый узкий спектр, и можно использовать т.н. однополосную передачу, т.е. одну боковую полосу мы можем не передавать, а восстанавливать её в приёмнике, потому что она такая же, как и другая. Т.е. АМ минимально помехоустойчивая, но и требует минимальной полосы пропускания системы передачи информации.
Т.о., с помощью модуляции можно выбирать наиболее приемлемый вариант по помехоустойчивости и по затратам полосы частот. Это ещё один полезный фактор, который предоставляет нам модуляция.
От чего зависят габаритные размеры антенны?
От длины волны, от частоты несущего сигнала. Чем больше длина волны, тем больше размеры антенны. Т.о., путём выбора несущей частоты, можно выбрать приемлемые для конкретной реализации размеры антенной системы. Это последний фактор. Использование модуляции – переход на несущий сигнал – позволяет выбирать приемлемые размеры антенны.
Вот польза, которую приносит наличие процесса модуляции в процессе передачи информации.
0ч 43м 37с
Говорилось, что принципиально первичный сигнал является непрерывным сигналом и случайной функцией времени. Это означает, что первичный сигнал задаётся безконечным множеством своих реализаций (на безконечном множестве реализаций). Это означает, что если взять любое временное сечение tL, то в этом сечении первичный сигнал принимает одно из безконечного множества значений. На любом ограниченном интервале Δt количество значений первичного сигнала безконечно велико. Первичный сигнал характеризуется "двумя безконечностями".
В силу ограниченности разрешающей способности наших органов восприятия, как естественных, так и искусственных. Всё это безконечное множество значений первичного сигнала не возможно использовать для целенаправленных действий. Значит, не всё это безконечное множество значений содержит информацию. С другой стороны, даже если мы могли бы это использовать, то тогда бы в единицу времени пришлось бы передавать безконечный объём информации, что сделать не возможно. Поэтому при реализации процесса передачи информации имеет смысл непрерывный первичный сигнал представить в т.н. дискретной цифровой форме.
Главное то, что мы переходим к целесообразному объёму сведений, которые соответствуют возможностям потребителя и, следовательно, являются максимально информационными.
Для дискретного цифрового представления первичного сигнала, мы переходим от алфавита с безконечным множеством символа (все значения первичного сигнала можно рассматривать как символы некоторого алфавита и количество этих символов безконечно), к алфавиту с ограниченным числом символов (n-ичному).
Процедура цифрового представления состоит из двух составляющих:
т.е. представление непрерывного первичного сигнала дискретным по времени множеством значений.
При временной дискретизации реализация непрерывного первичного сигнала заменяется каким-то множество дискретных значений.
Эти дискретные значения выбираются не произвольным образом. Они выбираются таким образом, чтобы по этим значениям можно было воспроизвести исходный первичный сигнал с той точностью, которую требует потребитель.
Сущность процесса квантования состоит в том, что реальные дискретные значения представляются приближённо некоторыми дискретными или цифровыми по уровню значениями.
Для того чтобы выполнить процедуру квантования динамический диапазон разделяют на определённое количество зон квантования. Выбирают шаг квантования Δiкв.
Пусть L = 20, тогда L-1=19 и т.д.
Как будем воспроизводить напр. цифру "18"?
Через середину зоны L-2 строим "ступеньку".
Т.е. реальный непрерывный процесс заменяем ступенчатой кривой.
На первый взгляд кажется, что это недопустимо, потому что ступенчатая кривая сильно отличается от начального процесса. Но если интервал временной дискретизации достаточно маленький и шаг квантования достаточно маленький, то эти "ступеньки", грубо говоря, будут нечувствительны с точки зрения воспроизведения исходного непрерывного процесса.
Берём середину зон квантования, потому что заменяем по существу реальные значение номерами зоны квантования, в пределах которой попадают эти значения. Они могут попасть в пределы зоны квантования, как выше середины, так и ниже. Чтобы уменьшить среднюю ошибку целесообразно воспроизводить по середине зоны квантования.
Простейший вариант цифрового представления непрерывного сигнала.
1ч 09м 00с
Первый вопрос, который необходимо решить, как выбирать при временной дискретизации значения первичного сигнала таким образом, чтобы обеспечить необходимую точность его воспроизведения для потребителя.
В простейшем варианте временной дискретизации интервалы между значениями выбираются постоянными.
Как выбрать этот интервал?
Для его выбора пользуются положением, которое именуют теоремой Котельникова.
Любой непрерывный процесс, у которого энергетический спектр ограничен (имеет некую частоту, за пределами которой нет спектральных составляющих), безошибочно представим последовательностью своих дискретных во времени отсчётов, следующих с постоянным интервалом Тдискр .
При этом этот процесс представляется т.н. рядом Котельникова:
Т.о., для обеспечения точности представления необходимо:
В реальной жизни ни 1, ни 2 не возможно.
Процессов с ограниченным спектром не существует, потому что все реальные процессы по времени ограниченны (т.е. процессы с безконечным спектром).
Поскольку все реальные процессы ограниченны во времени, мы не можем использовать безконечное число членов ряда.
Т.е. для реальных процессов применять теорему Котельникова не возможно. Но стараются ею пользоваться.
Не смотря на то, что спектр реального процесса не ограничен, при временном дискретном представлении усекают спектр (ограничивают искусственно). Выбирают такую верхнюю частоту в спектре, за пределами которой энергия спектральных компонент пренебрежимо мала. Естественно это приведёт к ошибке временной дискретизации (но считают, что если энергия отсечённого "хвоста" спектра будет пренебрежимо маленькой, то и ошибка будет пренебрежимо маленькой).
Ограничивают число членов ряда (вместо безконечности – lmax):
Это приводит ещё к одной ошибке.
Т.о., при использовании теоремы Котельникова для реальных первичных сигналов возникают две составляющих ошибки:
– одна составляющая ошибки, вследствие ограничения энергетического спектра
– вторая – из-за ограничения количества членов ряда, которые потом воспроизводят первичные сигналы.
Т.о., при простейшем цифровом представлении осуществляют процесс временной дискретизации.
Процесс квантования при простейшем представлении осуществляют с постоянным шагом квантования.
Как выбрать величину шага квантования?
На что влияет величина шага квантования?
На точность последующего воспроизведения первичного сигнала.